constanzo fisiologia 5° edição

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Classificação de Arquivo RecomendadaFISIOLOGIA

LINDA S. COSTANZOLINDA S. COSTANZO, PHD

TRADUÇÃO DA 5ª EDIÇÃO

5ª EDIÇ

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Fisiologia


Fisiologia

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Entenda todo o conhecimento essencial e relevante de Fisiologia que você precisa para o sucesso absoluto na universidade e em seus exames!

Chegando em sua 5a edição, Fisiologia, de Linda Costanzo, apresenta a informação de uma forma concisa e focada, tornando este conteúdo uma combinação ideal de livro e guia de revisão para os estudantes dos cursos da área da saúde.

• Oferece um resumo abrangente dos conceitos fi siológicos fundamentais, tanto dos sistemas de órgãos como em nível celular.

• Construa uma sólida compreensão dos princípios subjacentes à fi siologia celular, neurofi siologia e equilíbrio ácido-base, bem como dos sistemas cardiovascular, respiratório, renal, gastrintestinal, endócrino, reprodutor e sistema autonômico.

• Domine os mais recentes conceitos de Fisiologia, com cobertura expandida sobre forças motrizes eletroquímicas através das membranas celulares, os mecanismos celulares do músculo liso; segundos mensageiros (incluindo a via JAK-STAT), os efeitos da AII, PGs, anti-infl amatórios não esteroides no FPR, TFG, fração de fi ltração e reabsorção do túbulo proximal; centros da saciedade e hormônios, e refl exos locais envolvidos no peristaltismo.

• Reforce a sua compreensão do conteúdo chave com ajuda das perguntas da seção Desafi e a si Mesmo ao fi nal de cada capítulo, oferecido em um formato de resolução de problemas.

• Entenda as conexões com a fi siopatologia através dos quadros Casos de Fisiologia Clínica.

Linda S. Costanzo, PhDProfessor of Physiology and BiophysicsVirginia Commonwealth University School of MedicineRichmond, Virginia

Você também pode se interessar por: EMBRIOLOGIA BÁSICA – 8ª EDIÇÃOKeith L. Moore, MSc, PhD, FIAC, FRSM, FAAAT.V.N. Persaud, MD, PhD, DSc, FRCPath (Lond.), FAAAMark G. Torchia, MSc, PhD IMUNOLOGIA BÁSICA - 4ª EDIÇÃOAbul K. Abbas, MBBSAndrew H. Lichtman, MD, PhDShiv Pillai, MBBS, PhD MIMS - MICROBIOLOGIA MÉDICA - 5ª EDIÇÃORichard V Goering, BA MSc PhDHazel M Dockrell, BA (Mod) PhDMark Zuckerman, BSc (Hons) MBBS MRCP MSc FRCPathPeter L Chiodini, BSc MBBS PhD FRCP FRCPath FFTM, RCPS (Glas)Ivan M Roitt, DSc HonFRCP FRCPath FRS

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Fisiologia

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FisiologiaQUINTA EDIÇÃO

Linda S. Costanzo, PhDProfessor of Physiology and Biophysics

Virginia Commonwealth University School of Medicine Richmond, Virginia

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© 2014 Elsevier Editora Ltda.

Tradução autorizada do idioma inglês da edição publicada por Saunders – um selo editorial Elsevier Inc.

Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei 9.610 de 19/02/1998.

Nenhuma parte deste livro, sem autorização prévia por escrito da editora, poderá ser reproduzida ou transmitida sejam quais forem os meios empregados: eletrônicos, mecânicos, fotográfi cos, gravação ou quaisquer outros.

ISBN: 978-85-352-7561-2 ISBN (versão eletrônica): 978-85-352-7896-5 ISBN (plataformas digitais): 978-85-352-7885-9

Copyright © 2014 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc.

This edition of Physiology, Fifth Edition by Linda S. Costanzo is published by arrangement with Elsevier Inc.

ISBN: 978-14-557-0847-5

Capa : Studio Creamcrakers

Editoração Eletrônica Thomson Digital

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NOTA Como as novas pesquisas e a experiência ampliam o nosso conhecimento, pode haver necessidade de alte-ração dos métodos de pesquisa, das práticas profi ssionais ou do tratamento médico. Tanto médicos quanto pesquisadores devem sempre basear-se em sua própria experiência e conhecimento para avaliar e empregar quaisquer informações, métodos, substâncias ou experimentos descritos neste texto. Ao utilizar qualquer informação ou método, devem ser criteriosos com relação a sua própria segurança ou a segurança de outras pessoas, incluindo aquelas sobre as quais tenham responsabilidade profi ssional.

Com relação a qualquer fármaco ou produto farmacêutico especifi cado, aconselha-se o leitor a cercar-se da mais atual informação fornecida (i) a respeito dos procedimentos descritos, ou (ii) pelo fabricante de cada produto a ser administrado, de modo a certifi car-se sobre a dose recomendada ou a fórmula, o método e a duração da administração, e as contraindicações. É responsabilidade do médico, com base em sua experiência pessoal e no conhecimento de seus pacientes, determinar as posologias e o melhor tratamento para cada paciente individualmente, e adotar todas as precauções de segurança apropriadas.

Para todos os efeitos legais, nem a Editora, nem autores, nem editores, nem tradutores, nem revisores ou colaboradores, assumem qualquer responsabilidade por qualquer efeito danoso e/ou malefício a pessoas ou propriedades envolvendo responsabilidade, negligência etc. de produtos, ou advindos de qualquer uso ou emprego de quaisquer métodos, produtos, instruções ou ideias contidos no material aqui publicado.

O Editor

CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ

C879f 5. ed.

Costanzo, Linda S., 1947- Fisiologia / Linda S. Costanzo ; [tradução Denise Costa Rodrigues]. - 5. ed. - Rio

de Janeiro : Elsevier, 2014. il. ; 27 cm.

Tradução de: Physiology, 5 th ed Apêndice Inclui bibliografi a e índice ISBN 978-85-352-7561-2

1. Fisiologia. 2. Fisiologia - Problemas, questões, exercícios. I. Título.

14-11092 CDD: 612

CDU: 612

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Tradução e Revisão Científi ca

REVISÃO CIENTÍFICA

Mariana Graciela Terenzi

Professora Associada no Departamento de Ciências Fisiológicas da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) Pós-doutorado na University of Bristol, Reino Unido Doutorado em Fisiologia pela Cardiff University, Reino Unido Mestrado em Farmacologia pela Universidade de São Paulo (USP) Bacharelado em Farmácia pela USP

TRADUÇÃO

Denise Costa Rodrigues

Tradutora e Licenciada em Língua e Literatura Inglesas pela Universidade de Brasília (UnB) Pós-graduação em Tradução (Inglês) pela Universidade de Franca (UNIFRAN)

Marcelo Cairrão Araujo Rodrigues

Professor Adjunto do Departamento de Fisiologia e Farmacologia do Centro de Ciências Biológicas da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) Visiting Research Fellow (2005) da University of Leeds, Reino Unido Doutorado e Mestrado em Psicobiologia pela Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo (FFCLRP-USP)

Michele Aguiar de Paiva

Pós-graduação em Produção do Livro pela Pontifícia Universidade Católica (PUC-Rio) Pós-graduação em Língua Latina e Literatura Brasileira pela UERJ Graduação em Letras pela UERJ Curso Profi ssionalizante de Tradução pelo Curso de Tradutores Daniel Brilhante de Brito

Patrícia Cristina Lisboa da Silva

Professora Adjunta do Departamento de Ciências Fisiológicas do Instituto de Biologia Roberto Alcântara Gomes do Centro Biomédico da UERJ Graduação em Ciências Biológicas pela UERJ Doutorado e Mestrado em Ciências pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)

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vi • Tradução e Revisão Científi ca

Renata Scavone de Oliveira

Doutorado em Imunologia e Médica Veterinária pela USP

Rodrigo Neves Romcy Pereira

Professor Adjunto do Departamento de Fisiologia da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES) Professor Adjunto da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Instituto Internacional de Neurociências de Natal Edmond e Lily Safra (UFRN-IINN) Pós-doutorado pela Rockefeller University (NY, EUA) Doutorado pela USP-FMRP

Tatiana Ferreira Robaina

Doutoranda em Ciências/Microbiologia pela UFRJ Mestrado em Patologia pela Universidade Federal Fluminense (UFF) Graduação em Odontologia pela Universidade Federal de Pelotas (UFPel)

Vilma Ribeiro de Souza Varga

Graduação em Ciências Médicas pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) Residência Médica em Neurologia Clínica no Hospital do Servidor Público Estadual de São Paulo

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A

Heinz Valtin e Arthur C. Guyton ,

que escreveram tão bem para os estudantes de Fisiologia.

E a

Richard, Dan, Rebecca, Sheila, Elise e Max ,

que fazem tudo valer a pena.

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Prefácio

A Fisiologia é a base da prática médica. Um entendimento sólido de seus fundamentos é essencial para o estudante de medicina e para o clínico. Este livro destina-se a estudantes de medicina e de disciplinas correlatas interessados no estudo da Fisiologia. Pode ser usado como complemento para as aulas e disciplinas curriculares, ou como uma fonte básica em disciplinas integradas. Estudantes mais avançados podem utilizar o livro como uma referência durante os cursos de Fisiopatologia e em setores clínicos.

Nesta quinta edição, assim como nas anteriores, os conceitos importantes de Fisiologia são tratados em nível dos sistemas de órgãos e de células. Os capítulos 1 e 2 apresentam os fundamentos da fi siologia celular e do sistema nervoso autônomo. Nos capítulos 3 a 10 são apresentados os principais sistemas: neurofi siológico, cardiovascular, respiratório, renal, acidobásico, digestório, endócrino e reprodutor. As relações entre os sistemas são enfatizadas para destacar os mecanismos integradores homeostáticos.

Esta edição contém as seguintes características, para facilitar o estudo de Fisiologia:

♦ O texto é fácil de ler e conciso. Os cabeçalhos claros conduzem o estudante à orga-nização e à hierarquia do material. A informação fi siológica complexa é apresentada de modo sistemático, lógico e gradual. Quando um processo ocorre em uma sequência específi ca, as etapas são numeradas no texto, com frequência correlacionando-se com números em uma fi gura. São usados marcadores para separar e destacar caracterís-ticas de um processo. As questões são apresentadas ao longo do texto para antecipar o que os estudantes podem perguntar. Levando em consideração essas questões e as respondendo, o estudante entenderá conceitos difíceis e poderá raciocinar sobre achados inesperados ou paradoxos. As referências ao fi nal de cada capítulo direcionam o estudante a monografi as, textos, artigos de revisão e artigos científi cos clássicos, que fornecem informações adicionais ou uma perspectiva histórica. O resumo do capítulo fornece uma visão geral concisa.

♦ As tabelas e as ilustrações podem ser utilizadas com o texto ou podem também ser usadas sozinhas, como uma revisão. As tabelas resumem, organizam e fazem compa-rações. Por exemplo, uma tabela compara os hormônios gastrointestinais em relação à sua família, local e estímulos para a secreção e as ações deles; outra compara as características fi siopatológicas dos distúrbios da homeostase do Ca 2+ ; e uma terceira compara as características do potencial de ação em diferentes tecidos cardíacos. As ilustrações são legendadas de maneira totalmente clara, frequentemente com títulos completos, e incluem diagramas simples, diagramas complexos com etapas numeradas e fl uxogramas.

♦ As equações e problemas exemplo são integrados ao texto. Todos os termos e unidades nas equações são explicados, e cada equação é novamente mencionada para situá-la em um contexto fi siológico. Os problemas exemplo são acompanhados de soluções numéricas completas e explicações que guiam o estudante pelas etapas corretas de

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x • Prefácio

raciocínio. Ao seguir essas etapas, os estudantes podem adquirir a habilidade e a segurança para resolverem problemas similares ou correlatos.

♦ A fi siologia clínica é apresentada em quadros. Cada quadro destaca um paciente fi ctício com um distúrbio clássico. Os achados clínicos e o tratamento proposto são explicados quanto aos fundamentos fi siológicos subjacentes. Uma abordagem integrada ao paciente é utilizada para enfatizar as relações entre os sistemas. Por exemplo, o caso do diabetes mellitus tipo I envolve um distúrbio do sistema endócrino e também dos sistemas renal, acidobásico, respiratório e cardiovascular.

♦ Perguntas práticas na seção “Desafi e a Si Mesmo” ao fi nal de cada capítulo: são ques-tões objetivas, com a fi nalidade de terem respostas curtas (uma palavra, uma frase ou uma solução numérica), que desafi am o estudante a aplicar os princípios e conceitos na solução de problemas visando recordar fatos isolados. As questões são dispostas de várias formas e aleatoriamente. Elas serão mais úteis quando usadas como uma ferramenta posterior ao estudo de cada capítulo e sem referência ao texto. Dessa ma-neira, o estudante pode confi rmar sua compreensão do material e defi nir seus pontos fracos. As respostas são fornecidas ao fi nal do livro.

♦ A consulta e o uso das abreviaturas e valores normais apresentados nos apêndices deste livro, e que integram o vocabulário da Fisiologia e da Medicina, farão com que o leitor se familiarize com essas informações.

Este livro abrange três certezas que tenho sobre o ensino: primeira, que até a informação complexa pode ser transmitida claramente se a apresentação for sistemática, por etapas e lógica; segunda, que a apresentação pode ser tão efi caz impressa como “pessoalmente”; e terceira, que os estudantes no início do curso de medicina desejam livros sem referências, que sejam precisos e didáticos, sem os detalhes que dizem respeito aos peritos no as-sunto. Essencialmente, um livro pode “ensinar” se a voz do professor estiver presente, se o material for cuidadosamente trabalhado para incluir informações essenciais, e se grande cuidado for dado à lógica e à sequência. Nesta obra, esforço-me por uma apresentação prática, mas profi ssional, escrita para e por estudantes.

Espero que aprecie seu estudo de Fisiologia. Se compreender bem seus fundamentos, você será recompensado ao longo da sua carreira profi ssional!

Linda S. Costanzo

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Agradecimentos

Agradeço as contribuições de Elyse O’Grady, Andrea Vosburgh e John Casey, da Elsevier, por prepararem a quinta edição de Fisiologia . Ao artista Matthew Chansky, que revisou as fi guras existentes e criou outras novas — todas elas complementam belamente o texto.

Aos colegas da Virginia Commonwealth University, que foram conscienciosos em responder às minhas questões, especialmente aos Drs. Clive Baumgarten, Diomedes Logothetis, Roland Pittman e Raphael Witorsch. Agradeço, também, aos estudantes de Medicina de diversas partes do mundo, que me escreveram sobre suas experiências com as edições anteriores deste livro. Meu marido Richard, nossos fi lhos, Dan e Rebecca, nossa nora, Sheila, e nossos netos, Elise e Max, que forneceram apoio entusiasmado e amor irrestrito, os quais dão ao livro o seu espírito.

Linda S. Costanzo

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Sumário

1. Fisiologia Celular ...................................................................... 1

2. Sistema Nervoso Autônomo .....................................................45

3. Neurofi siologia ........................................................................65

4. Fisiologia Cardiovascular ........................................................113

5. Fisiologia Respiratória ............................................................ 185

6. Fisiologia Renal ..................................................................... 239

7. Fisiologia Acidobásico ........................................................... 303

8. Fisiologia Gastrointestinal ...................................................... 329

9. Fisiologia Endócrina .............................................................. 383

10. Fisiologia Reprodutiva ........................................................... 447

Apêndice I Abreviaturas e Símbolos Comuns .................................... 469

Apêndice II Valores Normais e Constantes ........................................ 471

Desafi e a Si Mesmo (Respostas) ....................................................... 473

Índice.............................................................................................. 477

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Fisiologia Celular

A compreensão das funções dos sistemas de órgãos requer o conhecimento profundo dos mecanismos ce-lulares básicos. Embora cada sistema de órgãos difi ra quanto à sua função geral, todos são baseados em um mesmo conjunto de princípios fi siológicos comuns.

Os seguintes princípios básicos da fi siologia são intro-duzidos neste capítulo: os líquidos do corpo, com ênfase particular nas diferenças de composição dos líquidos intracelular e extracelular; a criação dessas diferenças de concentração por processos de transporte nas mem-branas celulares; a origem da diferença de potencial elé-trico, através das membranas celulares, principalmente em células excitáveis, como os neurônios e os miócitos; a geração de potenciais de ação e sua propagação, em células excitáveis; a transmissão da informação entre células, por meio de sinapses, e o papel dos neurotrans-missores; e os mecanismos que acoplam os potenciais de ação à contração de células musculares.

Estes princípios da fi siologia celular formam um con-junto de temas recorrentes e interligados. Uma vez que tais princípios sejam entendidos, podem ser aplicados e integrados à função de cada sistema de órgãos.

VOLUME E COMPOSIÇÃO DOS LÍQUIDOS DO CORPO

Distribuição da Água nos Compartimentos Líquidos do Corpo

No corpo humano, a água constitui grande parte do peso corporal. A quantidade total de líquido ou água é denominada água corporal total , que é responsável por 50% a 70% do peso corporal. Por exemplo, um homem de 70 quilogramas (kg), cuja água corporal total equivale a 65% do peso de seu corpo, apresenta 45,5 kg ou 45,5 litros (L) de água (1 kg de água ≈ 1 L de água). De modo geral, a água corporal total está correlacionada, inversa-mente, à gordura do corpo. Assim, a porcentagem de água corporal total é maior quando a quantidade de gordura do corpo é menor e é menor na presença de mais tecido adiposo. Uma vez que mulheres apresentam maior porcentagem de tecido adiposo do que homens, tendem a ter menos água corporal. A distribuição da água entre os compartimentos líquidos do corpo é discutida, brevemente, neste capítulo e, em maiores detalhes, no Capítulo 6 .

A água corporal total se distribui entre os dois principais compartimentos líquidos do organismo: o líquido intracelular (LIC) e o líquido extracelular (LEC) ( Fig. 1-1 ). O LIC está contido no interior das células e corresponde a dois terços da água corporal total; o LEC está fora das células e equivale a um terço da água corporal total. O LIC e o LEC são separados pelas membranas celulares.

Volume e Composição dos Líquidos do Corpo, 1

Características das Membranas Celulares, 4

Transporte através das Membranas Celulares, 5

Potenciais de Difusão e Potenciais de Equilíbrio, 14

Potencial de Membrana em Repouso, 18

Potenciais de Ação, 19

Transmissão Sináptica e Neuromuscular, 24

Musculatura Esquelética, 33

Músculo Liso, 39

Resumo, 43

Desafi e a Si Mesmo, 43

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2 • Fisiologia

O LEC é, ainda, dividido em dois compartimentos: plasma e líquido intersticial. Plasma é o líquido que circula nos vasos sanguíneos, sendo o menor dos dois subcompartimentos do LEC. O líquido intersticial é o líquido que realmente banha as células e é o maior dos dois subcompartimentos. O plasma e o líquido intersti-cial são separados pela parede capilar. O líquido inters-ticial é ultrafi ltrado de plasma, formado pelos processos de fi ltração através da parede capilar. Uma vez que a parede capilar é, virtualmente, impermeável a grandes moléculas, como as proteínas plasmáticas, a fração pro-teica do líquido intersticial é pequena ou quase nula.

O método para estimativa do volume dos comparti-mentos líquidos do corpo é apresentado no Capítulo 6 .

Composição dos Compartimentos Líquidos do Corpo

A composição dos compartimentos líquidos do corpo não é uniforme. O LIC e o LEC apresentam concentra-ções muito diferentes de diversos solutos. Existem, tam-bém, algumas diferenças previsíveis nas concentrações de solutos entre o plasma e o líquido intersticial, que ocorrem devido à exclusão de proteínas deste último.

Unidades para Mensuração das Concentrações de Soluto

Caracteristicamente, as quantidades do soluto são ex-pressas em moles, equivalentes ou osmoles. Da mesma forma, as concentrações dos solutos são expressas em moles por litro (mol/L), equivalentes por litro (Eq/L) ou osmoles por litro (Osm/L). Em soluções biológicas, as concentrações de soluto, geralmente, são muito baixas e expressas em mili moles por litro (mmol/L), mili e-quivalentes por litro (mEq/L) ou mili osmoles por litro (mOsm/L).

Um mol é igual a 6 × 10 23 moléculas de uma subs-tância. Um milimol é igual a 1/1.000 ou 10 − 3 moles. Uma solução de glicose com concentração de 1 mmol/L contém 1 × 10 − 3 moles de glicose em 1 L.

O equivalente é usado para descrever a quantidade de soluto com carga (ionizado) e é o número de moles do soluto multiplicado por sua valência. Um mol de cloreto de potássio (KCl) em solução, por exemplo, se dissocia em um equivalente de potássio (K + ) e um equivalente de cloreto (Cl − ). Da mesma forma, um mol de cloreto de cálcio (CaCl 2 ) em solução se dissocia em dois equivalen-tes de cálcio (Ca 2+ ) e dois equivalentes de cloreto (Cl − ); assim, a concentração de Ca 2+ de 1 mmol/L equivale a 2 mEq/L.

Um osmol é o número de partículas em que cada soluto se dissocia quando em solução. Osmolaridade é a concentração de partículas em solução expressa como osmoles por litro. Quando um soluto não se dissocia em solução (p. ex., a glicose), sua osmolaridade é igual à sua molaridade. Quando um soluto se dissocia em mais de uma partícula em solução (p. ex., NaCl), sua osmolaridade é igual à molaridade multiplicada pelo número de partículas em solução. Por exemplo, uma solução contendo 1 mmol/L NaCl equivale a 2 mOsm/L, já que o NaCl se dissocia em duas partículas.

O pH é um termo logarítmico usado para expres-sar a concentração de hidrogênio (H + ). Uma vez que a concentração de H + nos líquidos corporais é muito baixa (p. ex., 40 × 10 − 9 Eq/L, no sangue arterial), é mais convenientemente expressa como termo logarítmico, o pH. O sinal negativo indica que o pH diminui conforme a concentração de H + aumenta e que o pH aumenta conforme a concentração de H + diminui. Assim,

pH= log [H ]10+−

EXEMPLO DE PROBLEMA . Dois homens, o Paciente A e o Paciente B, apresentam doenças que causam produ-ção excessiva de ácido. O laboratório reporta a acidez do sangue de A em termos de [H + ] e a acidez do sangue de B com o pH. O Paciente A apresenta [H + ] arterial de 65 × 10 –9 Eq/L e o B apresenta pH arterial de 7,3. Qual apresenta a maior concentração de H + no sangue?

SOLUÇÃO . Para comparar a acidez do sangue de cada paciente, converta a [H + ] do Paciente A em pH, desta maneira:

pH= log [H ]= log (65 10 Eq/L)= log (6,5 10 Eq/L)

log 6,5=0,81log 10 = 8,0

log 6,5 10 = 0,81 ( 8,0) 7,19pH= ( 7,19) 7,19

10+

109

108

10

108

108

−− ×− ×

−× + − =−

− − =

−

−

−

−

Assim, o pH sanguíneo de A, calculado a partir da [H + ], é de 7,19, enquanto o de B é e 7,3. O Paciente A, portanto, apresenta menor pH sanguíneo, refl etindo a maior [H + ] e a condição mais ácida.

ÁGUA CORPORAL TOTAL

Líquido intracelular Líquido extracelular

Membrana celular Parede capilar

Líquidointersticial

Plasma

Figura 1-1 Compartimentos líquidos do corpo.

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1—Fisiologia Celular • 11

seja absorvida no sangue contra seu gradiente eletro-químico.

Contratransporte

O contratransporte (antiporte ou troca) é uma forma de transporte ativo secundário, em que os solutos se movem em direções opostas através da membrana ce-lular. O Na + se move para dentro das células, seguindo seu gradiente eletroquímico; os solutos que são con-tratransportados ou trocados por Na + se movem para fora das células. O contratransporte é ilustrado pela troca de Ca 2+ -Na + ( Fig. 1-8 ) e pela troca de Na + -H + . Como no cotransporte, cada processo usa o gradiente do Na + estabelecido pela Na + -K + ATPase como fonte de energia; o Na + se move na direção do seu gradiente eletroquímico e o Ca 2+ ou H + se movimenta contra esse gradiente.

A troca de Ca 2+ -Na + é um dos mecanismos de trans-porte que, junto com a Ca 2+ ATPase, ajuda a manter a concentração intracelular de Ca 2+ em níveis muito baixos ( ≈ 10 − 7 molar). Para fazer a troca Ca 2+ -Na + , o transporte ativo deve estar envolvido, já que o Ca 2+ se move para fora das células contra seu gradiente ele-troquímico. A Figura 1-8 ilustra o conceito da troca de Ca 2+ -Na + na membrana de célula muscular. A proteína de troca tem sítios de reconhecimento para Ca 2+ e Na + . A proteína deve se ligar ao Ca 2+ no lado intracelular

da membrana e, simultaneamente, ao Na + no lado extracelular. Nessa confi guração, a proteína de troca gira e leva o Ca 2+ para fora da célula e o Na + para seu interior.

A estequiometria da troca de Ca 2+ -Na + varia entre os diferentes tipos celulares e pode, até mesmo, variar em um mesmo tipo celular, dependendo de condições

ATPATPATP

2K+

3Na+

Célula muscular

3Na+

Ca2+

Figura 1-8 Contratransporte (troca) de Ca 2+ -Na + em célula mus-cular. ATP, Trifosfato de adenosina.

QUADRO 1-1 Fisiologia Clínica: Glicosúria devido a Diabetes Mellitus

DESCRIÇÃO DO CASO . Em seu exame médico anual, garoto de 14 anos relata sintomas de micção frequente e sede intensa. A urinálise por fi ta revela a presença de níveis elevados de glicose. O médico solicita a realização de curva glicêmica, que revela que o garoto tem diabetes mellitus do tipo 1. O paciente é tratado com insulina injetável e as urinálises por fi ta subsequentes são normais.

EXPLICAÇÃO DO CASO . Embora o diabetes mellitus do tipo 1 seja uma doença complexa, a discussão é limitada ao sintoma de micção frequente e ao achado de glicosúria (presença de glicose na urina). O rim costuma lidar com a glicose da seguinte maneira: a glicose do sangue é fi l-trada pelos capilares glomerulares. As células epiteliais, que revestem o túbulo proximal renal, reabsorvem toda a glicose fi ltrada e, assim, ela não é excretada na urina. Em urinálise por fi ta normal, a glicose não é encontrada. Se as células epiteliais do túbulo proximal não reabsorverem toda a glicose fi ltrada de volta para o sangue, as molé-culas que escapam são excretadas. O mecanismo celular dessa reabsorção é um cotransportador de Na + -glicose na membrana luminal das células do túbulo proximal. Pelo fato de o transportador ser mediado por carreador, há um número fi nito de locais de ligação para a glicose. Uma vez que esses sítios de ligação estão completamente

ocupados, ocorre a saturação do transporte (transporte máximo).

Nesse paciente com diabetes mellitus do tipo 1, a in-sulina não é produzida em quantidades sufi cientes pelas células � -pancreáticas. A insulina é necessária para o consumo normal de glicose pelo fígado, pelo músculo e outras células. Sem a insulina, a concentração de glicose no sangue aumenta, porque as células não a consomem. Quando a concentração de glicose aumenta muito, mais glicose é fi ltrada pelos glomérulos renais e a quantidade fi ltrada excede a capacidade do cotransportador de Na + -glicose. A glicose que não pode ser reabsorvida, devido à saturação desse transportador, é então excretada pela urina.

TRATAMENTO . O tratamento do paciente com diabetes mellitus do tipo I é pela administração de insulina exógena por injeção. Seja normalmente secretada pelas células � --pancreáticas ou administrada por injeção, a insulina reduz a concentração sanguínea de glicose pelo aumento da entrada da molécula nas células. Quando esse paciente recebeu a insulina, a concentração de glicose em seu sangue foi dimi-nuída; assim, a quantidade de glicose fi ltrada foi também reduzida e, assim, os cotransportadores de Na + -glicose não mais foram saturados. Toda a glicose fi ltrada pode ser reab-sorvida e, portanto, não ocorreu excreção de glicose na urina.

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12 • Fisiologia

específi cas. De modo geral, porém, três íons Na + en-tram na célula a cada íon Ca 2+ retirado. Com essa estequiometria de três íons Na + para um Ca 2+ , três cargas positivas entram na célula enquanto duas saem, fazendo com que o trocador Ca 2+ -Na + seja eletrogê-nico .

Osmose

A osmose é o fluxo de água através de membrana semipermeável, devido às diferenças da concentração de solutos. As diferenças de concentração de solutos impermeáveis estabelecem diferenças de pressão os-mótica e estas fazem a água fl uir por osmose. A osmose da água não é o mesmo fenômeno que a sua difusão: a osmose ocorre devido à diferença de pressão, enquanto a difusão ocorre devido à diferença de concentração (ou atividade) da água.

Osmolaridade

A osmolaridade de uma solução é sua concentração de partículas osmoticamente ativas, expressa como osmoles por litro, ou miliosmoles por litro. Para cal-cular a osmolaridade, é necessário saber a concen-tração do soluto e se este se dissocia em solução. A glicose, por exemplo, não se dissocia em solução; teoricamente, o NaCl se dissocia em duas partículas, enquanto o CaCl 2 se dissocia em três partículas. O símbolo “g” representa o número de partículas em solução e, também, inclui a ocorrência de dissociação completa ou apenas parcial. Assim, se o NaCl for com-pletamente dissociado em duas partículas, g equivale a 2,0; se o NaCl se dissociar apenas parcialmente, g cai para entre 1,0 e 2,0. A osmolaridade é calculada da seguinte forma:

Osmolaridade=g C

onde

Osmolaridade = Concentração de partículas (mOsm/L) g = Número de partículas por mol em

solução (Osm/mol) C = Concentração (mmol/L)

Quando duas soluções apresentam a mesma os-molaridade calculada são denominadas isosmóticas . Se duas soluções apresentam osmolaridades calculadas diferentes, a de maior osmolaridade é cham ada hi-perosmótica e a de menor osmolaridade é chamada hiposmótica .

Osmolalidade

A osmolalidade é semelhante à osmolaridade, no en-tanto, é a concentração de partículas osmoticamente ativas, expressas como osmoles (ou miliosmoles) por kg de água. Já que 1 kg de água é aproximadamente 1 litro de água, osmolaridade e osmolalidade terá es-sencialmente o mesmo valor numérico.

Pressão Osmótica

EXEMPLO DE PROBLEMA . A Solução A tem 2 mmol/L de ureia e a Solução B tem 1 mmol/L de NaCl. Assuma que g NaCl = 1,85. As duas soluções são isosmóticas?

SOLUÇÃO . Calcule as osmolaridades de ambas as solu-ções, para compará-las. A Solução A contém ureia, que não se dissocia em solução. A Solução B contém NaCl, que se dissocia parcial, mas não completamente, em solução ( i.e. , g < 2,0). Assim,

Osmolaridade 1Osm/L 2mmol/L2mOsm/L

Osmolaridade 1,85Osm/L 1mmol/L1,85mOsm/L

A

B

= ×== ×=

As duas soluções, portanto, não apresentam a mesma os-molaridade calculada, não sendo, portanto, isosmóticas . A Solução A apresenta maior osmolaridade do que a Solução B, portanto, hiperosmótica; a Solução B é hipos-mótica.

A osmose é o fl uxo de água através de membrana semipermeável, devido à diferença de concentração do soluto. A diferença de concentração do soluto cria uma diferença de pressão osmótica, através da mem-brana, que é a força que impele o fl uxo osmótico de água.

A Figura 1-9 ilustra o conceito de osmose. Duas soluções aquosas, abertas à atmosfera, são mos-tradas na Figura 1-9 A . A membrana que separa as soluções é permeável à água, mas impermeável ao soluto. Inicialmente, o soluto está presente apenas na Solução 1. O soluto da Solução 1 produz pressão osmótica e provoca, pela interação do soluto com os poros da membrana, redução na pressão hidros-tática da solução. A diferença de pressão osmótica resultante faz com que a água fl ua da Solução 2 para a Solução 1. Com o tempo, o fl uxo de água faz com que o volume da Solução 1 aumente e o volume da Solução 2 diminua.

A Figura 1-9 B mostra par similar de soluções; a pre-paração, porém, foi modifi cada, de modo que o fl uxo de água para a Solução 1 é impedido pela aplicação de pressão, usando um pistão. A pressão requerida para interromper o fl uxo de água é a pressão osmótica da Solução 1 .

A pressão osmótica ( π ) da Solução 1 depende de dois fatores: a concentração de partículas osmotica-mente ativas e a quantidade de soluto que permanece na Solução 1 ( i.e. , a capacidade do soluto de atravessar ou não a membrana). A pressão osmótica é calcu-lada pela equação de van’t Hoff (ver adiante), que converte a concentração de partículas a uma pres-são, levando em consideração a retenção de soluto na solução original.

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Assim,

=g C R Tπ σ

onde

π = Pressão osmótica (atm ou mmHg) g = Número de partículas por mol em solução

(Osm/mol) C = Concentração (mmol/L) σ = Coefi ciente de refl exão (varia de 0 a 1) R = Constante dos gases (0,082 L – atm/mol – K) T = Temperatura absoluta (K)

O coefi ciente de refl exão ( σ ) é um número sem di-mensões, que varia entre 0 e 1 e descreve a facilidade com que o soluto atravessa a membrana. Os coefi cientes de refl exão podem ser descritos para as três condições seguintes ( Fig. 1-10 ):

♦ σ = 1,0 ( Fig. 1-10 A ). Quando a membrana é imper-meável ao soluto, σ é igual a 1,0; o soluto fi ca retido

na solução original, exercendo efeito osmótico total. Nesse caso, a pressão osmótica efetiva é máxima e provoca o fl uxo máximo de água. A albumina séri-ca e as proteínas intracelulares , por exemplo, são solutos onde σ = 1.

♦ σ = 0 ( Fig. 1-10 C ). Quando a membrana é livremente permeável ao soluto, σ é igual a 0, e esse se difunde através da membrana, seguindo seu gradiente de concentração, até que as concentrações de soluto nas duas soluções sejam iguais. Em outras palavras, o soluto se comporta como a água. Nesse caso, não existe pressão osmótica efetiva através da membrana e, assim, não existe força impelidora para o fl uxo os-mótico de água. Consulte novamente a equação de van’t Hoff e perceba que, quando σ = 0, a pressão osmótica efetiva calculada é igual a zero. A ureia é exemplo de soluto onde σ = 0 (ou próximo a 0).

♦ σ = um valor entre 0 e 1 ( Fig. 1-10 B ). Muitos solu-tos não são impermeáveis ( σ = 1) nem livremente

Membranasemipermeável

A

Pistão aplicandopressão parainterromper ofluxo de água

1 2 1 2

Tempo

1 2 1 2

atm

Tempo

B

Figura 1-9 Osmose através de membrana semipermeável. A, O soluto (círculos) está presente em um lado de membrana semipermeável; com o tempo, a pressão osmótica, criada pelo soluto, faz com que a água fl ua da Solução 2 para a Solução 1. As alterações volumétricas resultantes são mostradas. B, As soluções são isoladas da atmosfera e um pistão é aplicado, interrompendo o fl uxo de água para a Solução 1. A pressão necessária para interromper o fl uxo de água é a pressão osmótica efetiva da Solução 1. Atm, Atmosfera.

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Eventos ATP/ADP

ADP

ADP Pi

Filamento de actina

A

Cabeça de miosinaFilamentode miosina

– +

Posicionamento da Actina e da Miosinadurante o Ciclo das Pontes Cruzadas

Não há ligaçãode nucleotídeos

Ligação do ATP

Ligação do ADP

Rigor

Não há ligaçãode nucleotídeos

A miosina passa por alteraçãoconformacional

O ATP se liga ao sulco da cabeçada miosina

A afinidade da miosina pela actinaé diminuída

Movimento de força = tensão

A cabeça da miosina se liga aopróximo sítio da actina

A miosina é liberada

Ocorrência de alteração conformacional

O sulco se fecha ao redor do ATP

A cabeça da miosina é deslocadaem direção à extremidade + da actina

Hidrólise do ATP

ATP ADP + Pi

ADP + Pi ligado

Rigor

Liberação do ADP– +

– +

– +

ATPATP

– +

B

C

D

E

Figura 1-26 Ciclo das pontes cruzadas na fi bra muscular esquelética. Mecanismo pelo qual a miosina “anda” em direção à extremidade positiva do fi lamento de actina. A-E, Veja a discussão no texto. ADP, Difosfato de adenosina; ATP, trifosfato de adenosina; P i , fosfato inorgânico.

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do 4,5-difosfato de fosfatidilinositol (PIP 2 ) a IP 3 e diacilglicerol (DAG). O IP 3 então se difunde para o retículo sarcoplasmático, onde abre os canais de li-beração de Ca 2+ (similar ao mecanismo do receptor de rianodina na musculatura esquelética). Quando esses canais de Ca 2+ estão abertos, o íon fl ui de seu sítio de armazenamento, no retículo sarcoplasmático, para o LIC. (Veja no Capítulo 9 a discussão acerca da ação hormonal mediada por IP 3 .)

Alterações Independentes de Ca 2+ na Contração da Musculatura Lisa

Além dos mecanismos contráteis da musculatura lisa que dependem de alterações na concentração intrace-lular de Ca 2+ , o grau de contração pode também ser regulado por mecanismos independentes desse íon. Em presença de concentração intracelular constante de Ca 2+ , por exemplo, quando ocorre ativação da cinase da cadeia leve da miosina, maior o ciclo de pontes cruzadas e mais tensão é produzida ( sensibilização por Ca 2+ ); por outro lado, se ocorrer ativação da fosfatase da cadeia leve da miosina, o ciclo das pontes cruzadas é menor e menos tensão é produzida ( dessensibilização por Ca 2+ ).

RESUMO

� A água, o principal componente do corpo, se dis-tribui entre os dois compartimentos principais, o LIC e o LEC. O LEC se divide, ainda, entre o plasma e o líquido intersticial. As diferenças na composição do LIC e do LEC são criadas e mantidas por proteínas de transporte localizadas nas membranas celulares.

� O transporte pode ser passivo ou ativo. Quando o transporte ocorre ao longo de gradiente eletroquímico é passivo e não consome energia. Quando o transporte ocorre contra o gradiente eletroquímico é ativo. A ener-gia usada no transporte ativo pode ser primária (usando ATP) ou secundária (usando a energia proveniente do gradiente de Na + ). A osmose ocorre quando um soluto não permeável cria a diferença de pressão osmótica através da membrana que impulsiona o fl uxo de água.

� Os canais iônicos são vias para a movimentação de solutos com carga elétrica através das membranas celulares. A condutância dos canais iônicos é controlada por comportas, que são reguladas pela voltagem ou por ligantes. A difusão de íon permeável, ao longo de gra-diente de concentração, cria um potencial de difusão que, no equilíbrio eletroquímico, é calculado por meio da equação de Nernst. Quando diversos íons são per-meáveis, cada um tenta levar o potencial de membrana em direção a seu potencial de equilíbrio. Os íons com maiores permeabilidades fazem as maiores contribuições ao potencial de membrana em repouso.

� Os potenciais de ação, em nervos e músculos, são compostos pela rápida despolarização (fase ascendente),

seguida pela repolarização causada provocada pela aber-tura e fechamento dos canais iônicos. Os potenciais de ação são propagados pelas fi bras nervosas e musculares, pela dispersão de correntes locais, sendo a velocidade de condução dependente das propriedades de cabo do tecido. A velocidade de condução é aumentada pelo maior calibre da fi bra e pela mielinização.

� As sinapses entre as células podem ser elétricas ou, mais comumente, químicas. O protótipo da sinapse química é a junção neuromuscular que usa a ACh co-mo neurotransmissor. A ACh é liberada por terminais nervosos pré-sinápticos e se difunde pela sinapse, des-polarizando a placa motora. Os neurotransmissores de outras sinapses podem ser excitatórios (causando des-polarização) ou inibitórios (causando hiperpolarização).

� Nos músculos, os potenciais de ação precedem a contração. Os mecanismos que traduzem o potencial de ação em contração são denominados acoplamento excitação-contração. Nos músculos esqueléticos e lisos, o Ca 2+ desempenha papel central no acoplamento.

� Na musculatura esquelética, o potencial de ação é carreado para o interior da célula pelos túbulos T, onde a despolarização libera Ca 2+ da cisterna terminal do retículo sarcoplasmático adjacente. O Ca 2+ , então, se liga à troponina C dos filamentos finos, provocando alteração conformacional, que remove a inibição dos sítios de ligação da miosina. Quando a actina e a miosina se ligam, a ciclagem das pontes cruzadas é iniciada, produzindo a tensão.

� Na musculatura lisa, o Ca 2+ entra na célula, duran-te o potencial de ação, através das comportas de Ca 2+ voltagem-dependentes. O íon, então, se liga à calmodu-lina e o complexo formado ativa a cinase da cadeia leve da miosina, que fosforila a miosina. A miosina ∼ P pode ligar-se à actina, formar pontes cruzadas e gerar tensão. Outras fontes de Ca 2+ intracelular, na musculatura lisa, são os canais dependentes de ligantes nas membranas sarcolêmicas, e os canais dependentes de IP 3 , nas mem-branas dos retículos sarcoplasmáticos.

Desafie a si Mesmo

Responda a cada questão com uma palavra, frase, sentença ou solução numérica. Quando uma lista de possíveis respostas é dada junto com a questão, uma, mais de uma ou nenhuma das escolhas pode estar correta. As respostas corretas são dadas ao fi nal do livro.

1 A Solução A contém 100 mM de NaCl, a Solução B contém 10 mM de NaCl e a membrana que as separa é permeável ao Cl − mas não ao Na + . Qual é a orientação da diferença de potencial que será estabelecida através da membrana?

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329

Fisiologia Gastrointestinal As funções do trato gastrointestinal são a digestão e a absorção de nutrientes. Para atender a essas fun-ções, existem quatro atividades principais do trato gastrointestinal. (1) A motilidade propele a comida ingerida desde a boca em direção ao reto, reduzindo o tamanho do alimento. A velocidade na qual a comida é propelida é regulada para otimizar o tempo para a digestão e a absorção. (2) As secreções das glândulas salivares do pâncreas e do fígado adicionam líquido, eletrólitos, enzimas e muco ao lúmen do trato gas-trointestinal. Essas secreções auxiliam na digestão e absorção. (3) Após a ingestão, o alimento é digerido a moléculas absorvíveis. (4) Nutrientes, eletrólitos e água são absorvidos a partir do lúmen intestinal para a corrente sanguínea.

ESTRUTURA DO TRATO GASTROINTESTINAL

O trato gastrointestinal está disposto, linearmente, na seguinte sequência: boca, esôfago, estômago, intestino delgado (incluindo o duodeno, jejuno e íleo), intestino grosso e ânus. Outras estruturas do trato gastrointestinal são as glândulas salivares, pâncreas, fígado e vesícula biliar, todas com funções secretórias.

A parede do trato gastrointestinal tem duas superfícies, mucosa e serosa. A superfície mucosa é voltada para o lúmen, e a superfície serosa , para o sangue ( Fig. 8-1 ). As ca-madas da parede gastrointestinal são do lúmen em direção ao sangue: a camada mucosa consiste da camada de células epiteliais, a lâmina própria, e a muscular da mucosa. As células epiteliais são especializadas em executar funções absortivas e secretórias. A lâmina própria consiste, primariamente, de tecido conjuntivo, mas também inclui vasos sanguíneos e os linfáticos. A muscular da mucosa consiste em células musculares lisas; a contração da muscular da mucosa altera a forma e a área da superfície da camada de células epiteliais. Por fora da camada mucosa fi ca a camada submucosa , que consiste em colágeno, elastina, glândulas e vasos sanguíneos do trato gastrointestinal. A motilidade do trato gastrointestinal é dada por duas camadas de musculatura lisa, o músculo circular e o músculo longitudinal , que se interpõem entre a submucosa e a serosa. A camada de músculo longitudinal é fi na e contém algumas fi bras nervosas, enquanto a camada mus-cular circular é espessa e mais densamente inervada. Os neurônios não fazem verdadeiras sinapses nas fi bras musculares lisas gastrointestinais, mas eles liberam transmissores de varicosidades ao longo do comprimento de seus axônios. Dois plexos, o plexo submucoso e o mioentérico, contêm o sistema nervoso do trato gastrointestinal. O plexo submucoso (plexo de Meissner) está entre a submucosa e o músculo circular. O plexo mioentérico (plexo de Auerbach) fi ca entre o músculo circular e o músculo longitudina l.

Estrutura do Trato Gastrointestinal, 329

Inervação do Trato Gastrointestinal, 330

Peptídeos Gastrointestinais, 332

Motilidade, 338

Secreção, 345

Digestão e Absorção, 363

Líquido Intestinal e o Transporte de Eletrólitos, 374

Fisiologia do Fígado, 378

Resumo, 380

Desafi e a Si Mesmo, 381

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330 • Fisiologia

INERVAÇÃO DO TRATO GASTROINTESTINAL

O trato gastrointestinal é regulado, em parte, pelo sis-tema nervoso autônomo , que tem o componente ex-trínseco e o componente intrínseco. O componente extrínseco é a inervação simpática e parassimpática do trato gastrointestinal. O componente intrínseco é chamado sistema nervoso entérico . O sistema nervoso entérico está inteiramente contido nos plexos submucoso e mioentérico na parede do trato gastrointestinal; ele se comunica, extensivamente, com os sistemas nervosos simpático e parassimpático.

Inervação Parassimpática

A inervação parassimpática é suprida pelo nervo vago (nervo craniano [NC] X) e pelo nervo pélvico ( Cap. 2 , Fig. 2-3 ). O padrão da inervação parassimpática do trato gastrointestinal é consistente com sua função. O nervo vago inerva o trato gastrointestinal superior , incluindo o músculo estriado do terço superior do esôfago, a parede do estômago, o intestino delgado e o colo ascendente. O nervo pélvico inerva o trato gas-trointestinal inferior , incluindo o músculo estriado do canal anal externo e as paredes dos colos transverso, descendente e sigmoide.

Relembre do Capítulo 2 que o sistema nervoso pa-rassimpático contém fi bras pré-ganglionares longas que fazem sinapse nos gânglios dentro ou próximos aos órgãos-alvo. No trato gastrointestinal, esses gânglios estão localizados nas paredes dos órgãos nos plexos mioentérico e submucoso. A informação transmitida

pelo sistema nervoso parassimpático é coordenada nesses plexos e, então, é retransmitida para células musculares lisas, endócrinas e secretórias ( Figs. 8-2 e 8-3 ).

Os neurônios pós-ganglionares do sistema nervoso parassimpático são classifi cados como colinérgicos ou peptidérgicos. Os neurônios colinérgicos liberam ace-tilcolina (ACh) como neurotransmissor. Os neurônios peptidérgicos libe ram um de vários peptídeos, in-cluindo a substância P e o peptídeo inibitório vasoativo (VIP); em alguns casos, o neuropeptídeo ainda não foi identifi cado.

O nervo vago é um nervo misto no qual 75% das fi-bras são aferentes e 25% eferentes. As fibras aferentes conduzem informação sensorial a partir da periferia (p. ex., de mecanorreceptores e quimiorreceptores na parede do trato gastrointestinal) para o sistema nervoso central (SNC). As fibras eferentes levam in-formação motora do SNC para os tecidos-alvo na periferia (p. ex., células musculares lisas, secretórias e endócrinas) ( Fig. 8-2 ). Dessa forma, os mecanor-receptores e os quimiorreceptores na mucosa gas-trointestinal retransmitem informação aferente para o SNC via nervo vago, que ativa reflexos cuja parte eferente está também no nervo vago. Tais reflexos, nos quais tanto a parte aferente quanto a eferente estão contidas no nervo vago, são chamados de re-flexos vagovagais .

Inervação Simpática

As fi bras pré-ganglionares do sistema nervoso simpático são relativamente curtas e fazem sinapse nos gânglios

Epitélio

Lâmina própria

Muscular da mucosa

Plexo submucoso

Plexo mioentérico

Serosa

Submucosa

Músculo circular

Músculo longitudinal

Figura 8-1 A estrutura da parede do trato gastrointestinal.

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8—Fisiologia Gastrointestinal • 331

SISTEMA NERVOSO EXTRÍNSECO

Mucosa

Muscular da mucosa

Células endócrinas

Nervo vago ounervo pélvico

Gângliosimpático

Células secretoras

Músculo circular


Parassimpático Simpático

Plexo submucoso

Plexo mioentéricoACh

ACh ou peptídeos

ACh ou peptídeos

NE

NENE

ACh

ACh ou peptídeos

NE

NENE

ACh

Figura 8-2 O sistema nervoso extrínseco do trato gastrointestinal. Os neurônios eferentes do sistema nervoso simpático e parassimpático fazem sinapse nos plexos mioentérico e submucoso, na musculatura lisa e na mucosa. ACh, Acetilcolina; NE, norepinefrina.

SISTEMA NERVOSO INTRÍNSECO

Mucosa

Célulasendócrinas

Célulassecretoras

Músculo circular


Parassimpático Simpático

Plexo submucoso

Plexo mioentérico

MecanorreceptoresQuimiorreceptores

Figura 8-3 Sistema nervoso intrínseco do trato gastrointestinal.

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332 • Fisiologia

externos ao trato gastrointestinal (compare com as fi bras pré-ganglionares do sistema nervoso parassimpático, que são longas e fazem sinapse nos gânglios na parede do trato gastrointestinal). Quatro gânglios simpáticos inervam o trato gastrointestinal: celíaco, mesentérico superior, mesentérico inferior e hipogástrico ( Cap. 2 , Fig. 2-2 ). As fi bras nervosas pós-ganglionares, que são adrenérgicas (liberam norepinefrina), deixam esses gân-glios simpáticos e fazem sinapse nos gânglios dos plexos mioentérico e submucoso, ou inervam, diretamente, as células do músculo liso, endócrinas ou secretórias ( Fig. 8-2 ).

Aproximadamente, 50% das fi bras nervosas simpá-ticas são aferentes e 50% são eferentes. Dessa forma, como acontece com a inervação parassimpática, a in-formação sensorial e motora é retransmitida indo e vol-tando entre o trato gastrointestinal e o SNC, coordenada pelos plexos submucoso e mioentérico.

Inervação Intrínseca

O sistema nervoso intrínseco, ou sistema nervoso entérico , pode coordenar todas as funções do trato gastrointestinal, mesmo na ausência de inervação ex-trínseca. O sistema nervoso entérico fi ca localizado nos gânglios e nos plexos mioentérico e submucoso e controla as funções contrácteis, secretórias e endó-crinas do trato gastrointestinal ( Fig. 8-3 ). Como mos-trado na Figura 8-2 , esses gânglios recebem informação aferente pelos sistemas nervosos parassimpático e

simpático, que modulam sua atividade. Esses gânglios também recebem informação sensorial, diretamente dos mecanorreceptores e quimiorreceptores da mucosa e mandam informação, também direta, para as células musculares, secretórias e endócrinas. A informação é, também, retransmitida entre os gânglios por in-terneurônios.

Grande número de compostos neuroquímicos, ou neurócrinos , tem sido identifi cado nos neurônios do sistema nervoso entérico ( Tabela 8-1 ). Algumas subs-tâncias listadas são classifi cadas como neurotrans-missores e algumas como neuromoduladores ( i.e. , elas modulam a atividade dos neurotransmissores). A maior parte dos neurônios do sistema nervoso entéri-co contém mais de uma substância neuroquímica, e, com a estimulação, eles podem secretar dois ou mais neurócrinos.

PEPTÍDEOS GASTROINTESTINAIS

Os peptídeos gastrointestinais, incluindo hormônios, neurócrinos e parácrinos, regulam as funções do trato gastrointestinal. Essas funções incluem a contração e o relaxamento da parede de musculatura lisa e os es-fíncteres; secreção de enzimas para a digestão; secreção de líquido e eletrólitos; e efeitos trófi cos (crescimento) nos tecidos do trato gastrointestinal. Além disso, al-guns peptídeos gastrointestinais regulam a secreção de outros peptídeos gastrointestinais; por exemplo, a

Tabela 8-1 Neurotransmissores e Neuromoduladores no Sistema Nervoso Entérico

Substância Fonte Ações

Acetilcolina (ACh) Neurônios colinérgicos Contração do músculo liso da parede Relaxamento de esfíncteres ↑ Secreção salivar ↑ Secreção gástrica ↑ Secreção pancreática

Norepinefrina (NE) Neurônios adrenérgicos Relaxamento do músculo liso da parede Contração dos esfíncteres ↑ Secreção salivar

Peptídeo Intestinal Vasoativo (VIP)

Neurônios da mucosa e musculatura lisa

Relaxamento do músculo liso ↑ Secreção intestinal ↑ Secreção pancreática

Peptídeo Liberador de Gastrina (GRP) ou Bombesina

Neurônios da mucosa gástrica ↑ Secreção de gastrina

Encefalinas (opioides) Neurônios da mucosa e musculatura lisa

Contração do músculo liso ↓ Secreção intestinal

Neuropeptídeo Y Neurônios da mucosa e musculatura lisa

Relaxamento do músculo liso ↓ Secreção intestinal

Substância P Cossecretado com ACh Contração do músculo liso ↑ Secreção salivar

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somatostatina inibe a secreção de todos os hormônios gastrointestinais.

Características dos Peptídeos Gastrointestinais

Os peptídeos gastrointestinais são classifi cados como hormônios, parácrinos ou neurócrinos. A designação é baseada no fato do peptídeo ser liberado por célula endócrina ou por neurônio do trato gastrointestinal, e na via que o peptídeo leva para alcançar e atingir sua célula-alvo ( Fig. 8-4 ).

♦ Os hormônios são peptídeos liberados por células endócrinas do trato gastrointestinal. Eles são secre-tados para a circulação porta, passam pelo fígado e chegam à circulação sistêmica. Esta, então, os entrega às células-alvo com receptores para esse hormônio. As células-alvo podem estar localizadas no próprio trato gastrointestinal (p. ex., gastrina atua sobre as células parietais do estômago e causam

secreção ácida), ou localizadas em qualquer outro local do corpo (p. ex., peptídeo inibitório gástrico que atua sobre as células � do pâncreas, causan-do secreção de insulina). As células endócrinas da mucosa gastrointestinal não estão concentradas em glândulas, mas são células isoladas ou grupos de células dispersas por grandes áreas. Quatro peptídeos gastrointestinais são classifi cados como hormônios: gastrina, colecistocinina (CCK), secretina e peptídeo insulinotrópico dependente de glicose (ou peptídeo inibitório gástrio, GIP).

♦ Os parácrinos , como os hormônios, são peptídeos secretados pelas células endócrinas do trato gas-trointestinal. Em contraste com os hormônios, no entanto, as parácrinas só atuam localmente no mes-mo tecido que as secreta. As substâncias parácrinas atingem suas células-alvo por difusão por curtas dis-tâncias, através do líquido intersticial, ou são trans-portados, por curtas distâncias, por capilares. Assim, para que a substância tenha ação parácrina, o sítio

PEPTÍDEOS GASTROINTESTINAIS

Hormônios

Células endócrinasdo trato GI

Célula-alvo

Circulação porta

DifusãoSecreção

Fígado

Circulação sistêmica

Parácrinos

Célula endócrinado trato GI

Célula-alvo

Potencialde ação

Neurócrinos

Neurôniodo trato GI

Célula-alvo

R

R R

Figura 8-4 Classifi cação dos peptídeos gastrointestinais como hormônios parácrinos ou neurócrinos. GI, Gastrointestinal; R, receptor.

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nas quais pode ocorrer distúrbio da digestão ou da absorção. Cada etapa no processo normal é essencial: a secreção e o funcionamento das enzimas pancreáticas, secreção dos ácidos biliares, emulsifi cação, formação das micelas, difusão dos lipídios para as células epi-teliais intestinais, formação dos quilomícrons e trans-ferência dos quilomícrons para a linfa. A anormalida-de, em qualquer uma dessas etapas , irá interferir na absorção lipídica e resultará em esteatorreia (excreção de gordura nas fezes).

♦ Insuficiência pancreática. Doenças do pâncreas exócrino (p. ex., pancreatite crônica e fibrose cística ) resultam na falha em secretar quantidades adequadas das enzimas pancreáticas, incluindo as envolvidas na digestão lipídica, lipase pancreática e colipase, colesterol éster hidrolase e fosfolipase A 2 . Por exemplo, na ausência da lipase pancreática, os triglicerídeos não podem ser digeridos a mono-glicerídeos e ácidos graxos livres. Triglicerídeos não digeridos não são absorvíveis e são excretados nas fezes.

♦ Acidez do conteúdo duodenal. Se o quimo ácido, entregue ao duodeno, não for adequadamente neu-tralizado pelas secreções pancreáticas contendo HCO 3 − , então as enzimas pancreáticas permanece-riam inativadas ( i.e. , o pH ótimo para a lipase pan-creática é 6). O quimo gástrico, que chega ao duode-no, tem pH variando entre 2, no piloro, e 4, no bulbo duodenal. O HCO 3 − deve ser secretado, pelo suco pancreático, para neutralizar o H + e aumentar o pH pa-ra a faixa em que as enzimas pancreáticas funcionam otimamente.

Existem duas razões pelas quais todo o H + , en-tregue do estômago, poderia não ser neutralizado: (1) as células parietais podem estar secretando quantidades excessivas do H + , causando sobrecar-ga no duodeno; ou (2) o pâncreas pode falhar em secretar quantidades sufi cientes de HCO 3 − no suco pancreático. A primeira razão é ilustrada pela sín-drome Zollinger-Ellison, na qual um tumor secreta grandes quantidades de gastrina ( Quadro 8-3 ). Os elevados níveis de gastrina estimulam a secreção

QUADRO 8-3 Fisiologia Clínica: a Síndrome de Zollinger-Ellison

DESCRIÇÃO DO CASO . Homem de 52 anos de idade visita seu médico, com queixa de dor abdominal, náuseas, perda de apetite, eructações constantes e diarreia. O homem relata que sua dor é pior durante a noite e, algumas ve-zes, é aliviada pela ingestão de comida ou por antiácidos contendo HCO 3 − . A endoscopia gastrointestinal revela a úlcera no bulbo duodenal. Amostras de fezes são positivas para sangue e gordura. Como se suspeita da síndrome de Zollinger-Ellison para esse paciente, seu nível sérico de gastrina é avaliado e encontrado acentuadamente elevado. Tomografi a computadorizada (TC) revela massa de 1,5 cm na cabeça do pâncreas. O paciente é encaminhado a cirur-gião. Enquanto espera pela cirurgia, o paciente é tratado com o fármaco omeprazol, que inibe a secreção gástrica de H + pelas células parietais. Durante a laparotomia, o tumor pancreático é localizado e extirpado. Após a cirurgia, os sintomas do paciente diminuem, e endoscopia subsequente mostra que a úlcera duodenal cicatrizou.

EXPLICAÇÃO DO CASO . Todos os sintomas e manifestações clínicas do paciente são causados, direta ou indiretamente, pelo tumor secretante de gastrina no pâncreas. Na síndrome de Zollinger-Ellison, o tumor secreta grande quantidade de gastrina na circulação. A célula-alvo para a gastrina é a célula gástrica parietal, onde estimula a secreção de H + .

As células G gástricas, a fonte fi siológica da gastrina, estão sob controle por feedback negativo. Assim, normal-mente, a secreção gástrica e a secreção do H + são inibidas quando o conteúdo gástrico é acidifi cado (quando nenhum H + é necessário). Na síndrome de Zollinger-Ellison, no en-tanto, esse mecanismo de feedback negativo não funciona: a secreção de gastrina pelo tumor não é inibida, quando o

conteúdo gástrico é acidifi cado. Dessa forma, a secreção de gastrina continua inalterada, como acontece com a secreção de H + pelas células parietais.

A diarreia do paciente é causada pela grande quantidade de líquido entregue pelo estômago (estimulada pela gas-trina) para o intestino delgado; o volume é tão grande que sobrepuja a capacidade intestinal de absorvê-lo.

A presença de gordura nas fezes (esteatorreia) é anormal, já que os mecanismos no intestino delgado, normalmente, asseguram que os lipídios da dieta sejam completamente absorvidos. A esteatorreia está presente na síndrome de Zollinger-Ellison, por duas razões: (1) o excesso de H + entregue pelo estômago ao intestino delgado ultrapassa a capacidade tamponante dos sucos pancreáticos, contendo HCO 3 − . O conteúdo duodenal permanece acidifi cado, em vez de ser neutralizado, e o pH ácido neutraliza a lipase pancreática. Quando a lipase pancreática é inativada, ela não pode digerir os triglicerídeos da dieta a monoglicerídeos e ácidos graxos. Os triglicerídeos não são absorvíveis pelas células epiteliais intestinais e são, então, excretados nas fezes; (2) a acidez do conteúdo duodenal danifi ca a mucosa intestinal (evidenciado pela úlcera duodenal) e reduz a área da superfície microvilar para a absorção dos lipídios.

TRATAMENTO . Enquanto o paciente aguardava a cirurgia para a remoção do tumor secretante de gastrina, foi tratado com omeprazol, que bloqueia, diretamente, a H + -K + AT-Pase na membrana apical das células parietais gástricas. Essa ATPase é responsável pela secreção gástrica de H + . Espera-se que o fármaco reduza a secreção e a carga de H + no duodeno. Mais tarde, o tumor secretante de gastrina foi removido cirurgicamente.

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380 • Fisiologia

Destoxifi cacão de Substâncias

O fígado protege o corpo de substâncias potencialmente tóxicas que são absorvidas no trato GI. Essas substâncias são apresentadas ao fígado por meio da circulação porta, e o fígado as modifi ca no chamado “metabolismo de primeira passagem”, garantindo que pouco ou nada das substâncias alcancem a circulação sistêmica. Por exem-plo, as bactérias absorvidas no colo são fagocitadas pelas células de Kupffer e, assim, nunca penetram na circula-ção sistêmica. Em outro exemplo, as enzimas do fígado modifi cam as toxinas endógenas como as exógenas, para lhes conferir hidrossolubilidade e, assim, serem capazes de excreção pela bile e pela urina. As reações da fase I , que são catalisadas pelas enzimas do citocromo P450, são seguidas pelas reações da fase II , que conjugam as substâncias com glucoronídeos, sulfato, aminoácidos ou glutationa.

RESUMO

� O trato gastrointestinal é inervado pelo sistema ner-voso parassimpático e pelo simpático, que convergem no sistema nervoso intrínseco, nos plexos mioentérico e submucoso.

� Os peptídeos gastrointestinais são secretados por células do trato gastrointestinal e incluem os hormônios gastrina, CCK, secretina e GIP, liberados na circulação; os parácrinos somatostatina e histamina, que atuam localmente; e os neurócrinos, que são liberados pelos nervos.

� As ondas lentas das células musculares lisas são despolarizações e repolarizações espontâneas do po-tencial de membrana. Potenciais de ação são disparados se o potencial de membrana alcançar o limiar, como

Bilirrubina conjugada

Urobilinogênio

UrobilinaEstercobilina

Excretada nas fezes

Hemácias

Corrente sanguínea

Sistemareticuloendotelial

Intestino delgado

Íleo terminal

Colo

Fígado

Bile

Hemoglobina

Biliverdina

Bilirrubina

Bilirrubina-albumina

Bilirrubina

UDP-glucoroniltransferase

Bilirrubinaconjugada

Bilirrubina conjugada

Excretadana urina

Circulaçãoêntero-hepática

Figura 8-38 Metabolismo da bilirrubina. UDP, Difosfato de uridina.

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Desafi e a Si Mesmo

Responda cada questão com uma palavra, frase, sentença ou solução numérica. Quando uma lista de respostas possíveis é fornecida com a questão, uma, mais que uma ou nenhuma das escolhas pode ser correta. As respostas corretas são fornecidas ao fi nal do livro.

1 Qual(ais) dos seguintes é/são ação(ões) da colecistocinina (CCK): contração da vesícula biliar, aceleração do esvaziamento gástrico, estimulação da secreção de HCO 3 − , estimulação da secreção de enzimas pancreáticas?

2 Paciente com úlcera duodenal é tratado com cimetidina, fármaco que inibe a secreção de H + pelas células parietais. Qual dos seguintes é o mecanismo de ação da cimetidina? Inibição da H + -K + ATPase, inibição de receptores muscarínicos, estimulação dos receptores muscarínicos, níveis diminuídos de AMP cíclico (AMPc), inibição da somatostatina?

3 Durante a fase de defl exão para cima (despolarização) da onda lenta, qual variação do potencial de membrana estará ocorrendo: mais negativo, menos negativo, mais positivo ou menos positivo?

4 Que fenômeno, nos ductos salivares, explica o porquê da secreção salivar fi nal ser hipotônica em relação à secreção primária das células acinares: secreção de água, absorção de água, absorção de mais soluto que água, secreção de mais soluto que água?

5 A toxina do cólera tem qual das seguintes ações diretas ou indiretas: abre canais de Na + , fecha canais de Cl − , aumenta os níveis de AMPc, ativa a subunidade � s da proteína ligante de GTP ou aumenta a atividade da GTPase?

resultado de onda lenta. Assim, a frequência das ondas lentas determina a frequência dos potenciais de ação e, consequentemente, a frequência das contrações.

� A motilidade gástrica inclui misturar e moer o ali-mento ingerido. A motilidade do intestino delgado inclui as contrações de segmentação, que misturam o quimo com as enzimas digestivas, e as contrações peristálticas, que movem o quimo na direção caudal. No intestino grosso, os movimentos de massa empurram o material fecal por longas distâncias e, eventualmente, para o reto, onde é armazenado até que ocorra a defecação.

� A secreção salivar é utilizada para o tamponamento e diluição dos alimentos e para a digestão inicial do amido e dos lipídios. A saliva é hipotônica e produzida por processo em duas etapas envolvendo a formação da saliva inicial, pelas células acinares, e sua modifi cação pelas células epiteliais ductais.

� A secreção pancreática contém HCO 3 − , para a neutra-lização do H + do estômago, e enzimas, para a digestão dos carboidratos, proteínas e lipídios. O suco pancreático é isotônico e produzido por processo em duas etapas. As células acinares secretam o componente enzimático, as células centroacinares e epiteliais ductais secretam o componente aquoso, contendo HCO 3 − , as células ductais modifi cam a secreção.

� Os sais biliares, principais componentes da bile, são usados para a emulsifi cação e a solubilização dos lipídios, auxiliando na sua digestão e absorção. A bile é produzida pelos hepatócitos, armazenada na vesícula biliar e secretada no intestino, quando a vesícula biliar se contrai. Os sais biliares solubilizam e formam as micelas com os produtos da digestão lipídica. Aproximadamente, 95% dos ácidos biliares são recirculados ao fígado pela circulação êntero-hepática.

� Os carboidratos devem ser digeridos a monossaca-rídeos para serem absorvidos. As etapas digestivas são executadas pelas amilases salivar e pancreática e pelas dissacaridases da borda em escova intestinal. A glicose e a galactose são absorvidas pelas células epiteliais por cotransportadores Na + -dependentes, e a frutose é absor-vida por difusão facilitada.

� As proteínas são digeridas a aminoácidos, dipeptí-deos e tripeptídeos para serem absorvidas. As etapas digestivas são efetuadas pela pepsina, tripsina e outras proteases pancreáticas e da borda em escova intestinal. Os aminoácidos, dipeptídeos e tripeptídeos são absor-vidos pelas células epiteliais intestinais pelos cotrans-portadores Na + ou H + -dependentes.

� Os lipídios são digeridos a monoglicerídeos, ácidos graxos, colesterol e lisolecitina pelas enzimas pancreáti-cas. Os produtos da digestão lipídica são solubilizados, nas micelas, pelos ácidos biliares. Na membrana apical das células epiteliais intestinais, os lipídios são liberados das micelas e se difundem para as células. Nas células,

eles podem ser empacotados, em quilomícrons e trans-feridos para o interior dos vasos linfáticos, por exocitose.

� Cerca de 9 L de líquido são absorvidos diariamente pelo trato gastrointestinal. O volume-líquido absorvido é quase igual à soma do volume ingerido com o volume secretado, nos sucos salivar, gástrico, pancreático e in-testinal. Ocorre diarreia se a absorção for diminuída ou se a secreção for aumentada.

� O fígado une bilirrubina, um metabólito de hemo-globina, com o ácido glucorônico para formar bilirrubina conjugada, que é excretada na urina e na bílis. No intes-tino, bilirrubina conjugada é convertida em urobilino-gênio, que recircula para o fígado, e para a urobilina e estercobilina, que são excretados nas fezes.

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Apêndice II Valores Normais e Constantes

Concentração plasmática, sérica ou sanguínea

Substância Valor Normal Médio Variação Comentários

Bicarbonato (HCO 3 − ) 24 mEq/L 22-26 mEq/L Sangue venoso; medido como CO 2 total

Cálcio (Ca 2+ ), ionizado 5 mg/dL

Cálcio (Ca 2+ ), total 10 mg/dL

Cloreto (Cl − ) 100 mEq/L 98-106 mEq/L

Creatinina 1,2 mg/dL 0,5-1,5 mg/dL

Glicose 80 mg/dL 70-100 mg/dL

Hematócrito 0,45 0,4-0,5 Homens, 0,47; mulheres, 0,41

Hemoglobina 15 g/dL

Íon hidrogênio (H + ) 40 nEq/L Sangue arterial

Magnésio (Mg 2+ ), 0,9 mmol/L

Osmolaridade 287 mOsm/L 280-298 mOsm/L Osmolaridade é mOsm/kg de H 2 O

Saturação de O 2 98% 96%-100% Sangue arterial

P CO2, arterial 40 mm Hg

P CO2, venoso 46 mm Hg

P O2, arterial 100 mm Hg

P O2, venoso 40 mm Hg

pH arterial 7,4

pH venoso 7,37

Fosfato 1,2 mmol/L

Potássio (K + ) 4,5 mEq/L

Proteína, albumina 4,5 g/dL

Proteína, total 7 g/dL 6-8 g/dL

Sódio (Na + ) 140 mEq/L

Nitrogênio ureico (BUN) 12 mg/dL 9-18 mg/dL Varia com dieta da proteína

Ácido úrico 5 mg/dL

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Linda S. Costanzo, PhDProfessor of Physiology and BiophysicsVirginia Commonwealth University School of MedicineRichmond, Virginia

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